Миогенез: дифференцировка скелетной мышцы

Скелетная мышца образована пучками поперечнополосатых мышечных волокон — симпластов. развивающихся из многоядерных мышечных трубочек. В середине шестидесятых годов специалисты в области биологии развития дискутировали по поводу происхождения мышечных трубочек: возникают ли они в результате слияния нескольких одноядерных клеток-предшественников мышцы (миобластов) или образуются путем многократных делений ядра единичного миобласта, не сопровождающихся цитокинезом. Данные, полученные из двух независимых источников, показали, что мышечные трубочки формируются путем слияния миобластов.

Наиболее значительных успехов в изучении развития мышц удалось достичь после того, как было показано (Königsberg. 1963). что миобласты могут дифференцироваться в мышечные трубочки в условиях культивирования in vitro. Культивирование in vitro позволило исследователям изучить механизм этого процесса и связать его с дифференцировкой мышечного волокна. Клетки из эмбриональных областей, содержащих миобласты, отделяли одну от другой с помощью переваривания внеклеточного матрикса трипсином. Затем их помещали в покрытые коллагеном чашки Петри, содержащие питательные вещества и сыворотку (рис. 6.6). Через 48 ч подавляющее большинство клеток представляло собой быстро делящиеся миобласты. Вскоре после этого в миобластах прекращался синтез ДНК и они сливались с соседними клетками, образуя широкие мышечные трубочки (Königsberg, 1963), которые начинали синтезировать специфические для мышц белки. В многоядерных мышечных трубочках деления ядер и синтеза ДНК не наблюдается.

Слияние миобластов, приводящее к образованию мышечных трубочек, четко разделяется на два отдельных процесса. На первой стадии наблюдаются миграция клеток, узнавание и выстраивание их в ряд. В культуре изолированных клеток грудной мышцы 11-дневного куриного зародыша (которая еще содержала большое число одноядерных миобластов) можно было наблюдать, что эти клетки делились и мигрировали. Многие из мигрировавших клеток затем сливались и образовывали мышечные трубочки. Оказалось возможным (Nameroff, Munar, 1976) от-

Гилберт с.Биология развития: в 3-х т. Т. I: Пер. С англ. — м.: Мир, 1993. — 228 с.

_______________ РАННЕЕ РАЗВИТИЕ ПОЗВОНОЧНЫХ. МЕЗОДЕРМА И ЭНТОДЕРМА____________ ___________ 191

Д

Рис. 6.6. Дифференцировка миобластов у зародышей перепела. Миобласты помешали в культуральную среду, затем фиксировали, окрашивали и фотографировали на сроках 2, 3 и 5 сут после начала культивирования. А. Двухдневная культура, состоящая из одноклеточных миобластов. Б. Слияние миобластов, обнаруживаемое впервые в трехдневной культуре. В. Увеличение числа ядер в многоядерных мышечных трубочках в пятидневной культуре. Г. Та же 5-дневная культура при малом увеличении: наблюдается интенсивное слияние клеток. Д. Многоядерная мышечная трубочка при большем увеличении: видна характерная поперечная исчерченность. Масштабная полоска соответствует 0.01 мм (на рис. ошибка). (Из Buckley, Konigsberg, 1974; фотографии с любезного разрешения J.M. Konigsberg.)

делить процесс узнавания (выстраивание миобластов в цепочку) от процесса слияния, обработав культивируемые клетки фосфолипазой С. Этот фермент препятствует слиянию мембран, но не действует на процесс узнавания. Поэтому в присутствии фермента клетки образовывали цепочки, но их мембраны не сливались. Эти опыты также показали, что процесс узнавания ответствен за остановку синтеза ДНК в миобласте. ³Н-тимидин включался в ДНК мигрирующих миобластов, но не включался в миобласты, расположенные в цепочку (рис. 6.7). Следовательно, процесс узнавания клетками приостанавливает их дальнейшее деление.

Вторая стадия миогенеза это процесс слияния миобластов. Оба события — и узнавание, и слияние — зависят от наличия ионов кальция, но во время слияния ионы кальция должны поступать в миобласты. В соответствии с этим слияние можно активировать